Tính ra khối lượng của những hạt quark phổ biến nhất Các quark, những hạt sơ cấp cấu tạo nên proton và neutron, vốn khét tiếng là khó nắm bắt. Tuy nhiên, nay một nhóm nghiên cứu do giáo sư vật lí trường Cornell G. Peter Lepage đồng sáng lập đã tính ra khối lượng, với biên sai số tương đối mỏng, của ba quark nhẹ nhất và, do đó, hay lảng tránh nhất: quark lên (up), quark xuống (down) và quark lạ (strange).Công trình của các nhà nghiên cứu công bố trên tờ Physical Review Letters. Các kết quả trêngiảm độ bất định của khối lượng quarkđi 10 đến 20lần đến mức vài phầntrăm. Các nhà khoa học đã biết khối lượng củahạtprotonhầu như một thế kỉ nay rồi, nhưngviệc tính ra khối lượngcủa từng quarkbêntrong thì vẫn là một thách thức lớn. Các quarkđượcgiữ chặtvới nhaubằng cái gọilà lực mạnh – mạnhđến mức không thể nào phân tách và nghiên cứuchúngđược. Chúng tồn tại trong một món súpgồmnhữngquark, phản quarkkhác và các gluon, mộtloạihạt khác nữa. Để xác định cáckhối lượng quark, Lepage giải thích, cần phải hiểu đầy đủ về lực mạnh.Họ xử lí vấn đề đó vớinhữngsiêu máy tính lớncho phép họ mô phỏnghành trạng của cácquark vàgluon bêntrongcác hạt thí dụ như proton.Các quark có mộtngưỡngkhối lượng rộng đến kinhngạc. Nhẹ nhất là quark lên, nó nhẹ hơn protonđến470 lần. Nặngnhất là quark đỉnh(top), nặnghơn proton 180 lần –gần như nặng bằng một nguyên tử chì. “Tại sao tỉ số giữa các khối lượngnày lại lớnnhư vậy?Đây là mộttrong những bíẩn lớn trongngànhvật lílí thuyếtlúc này”, Lepagenói. “Thật vậy,rốt cuộc khôngrõ vì saocácquark lạicó khối lượng”. Ông cho biết thêm rằng MáyVa chạmHadronLớn mới triển khaigần đây ở Genevađược xây dựng để trả lời câu hỏi này. Theocác kết quả củahọ, quarklên nặngxấp xỉ 2 mega electronvolt(MeV), quark xuốngnặngxấp xỉ 4,8 MeV,và quarklạ nặng chừng 92MeV. Giải thích giới hạn Carnot Hễ khi nào các kĩ sư muốn thiết kế ra một loại động cơ mới hoạt động trên cơ sở nhiệt hoặc cải tiến một thiết kế hiện có, họ đều vấp phải một giới hạn hiệu suất cơ bản: giới hạn Carnot. Giới hạn Carnot “thiết lập một giới hạn tuyệt đối trênhiệu suất mà năng lượng nhiệt cóthể biến đổi thành công có ích”, theo giáo sư RobertJaffe ở Viện Công nghệ Massachusetts, Mĩ. NicolasLéonardSadi Carnot,sinhraở Pháp vào năm 1796 và chỉ sống tới năm36 tuổi, đã suy luận ra giớihạnnày.Sự hiểubiết sâu sắccủa ông về bản chấtcủa nhiệt, và các giớihạn trên máy cơ sử dụng nhiệt, có sự tác động tồn tạicho đếnngàynay. Cái làm cho những thành tựucủaông đặc biệt đángchú ý là vì thực tế thì bản chất của nhiệt vẫn không được hiểu rõ mãi rất lâu saukhi ông qua đời. Vàothời giannghiên cứu của ông, các nhà khoa học vẫn tán thành lí thuyết “calo” của nhiệt, lí thuyết cho rằng mộtchất lỏng vô hìnhmangtên chất lỏng nhiệtđã mangnhiệt từ vật này sang vật khác. Quyểnsách năm 1824của Carnot “Bàn về sức mạnh của lửa” đã đặtra một bộ nguyêntắc, trongmộtsố trường hợp, vẫn đượcsử dụng rộng rãi. Mộttrong số đó là giới hạn Carnot(còn gọi là hiệu suất Carnot),cho bởimộtphương trìnhđơn giản: hiệu nhiệt độ giữa chất lưu làm việc nóng –thídụ hơi nước trong nhà máy điện – vànhiệt độ nguội đi của nó khi nó rời khỏi độngcơ, chiacho nhiệt độ tínhtheođộ Kelvon(nghĩalànhiệtđộ tuyệt đối) của chất lưunóng. Hiệu suất lí thuyết này biểu diễn theo phần trăm, giá trị có thể đạt tới nhữngthật rachưa bao giờ đạt tới. Vào thờiđại nghiên cứu của Carnot,những động cơ hơi nước tốt nhất trên thế giới có hiệu suất tổngchỉ khoảng 3%.Ngày nay, các độngcơ hơi nước truyềnthống có thể đạt tới hiệu suất 25%,và các máy pháthơi tuabinkhí trong các nhà máy điện có thể đạttới 40% hoặc cao hơn – so với giới hạn Carnot, tùy thuộcvào độ chênh lệch nhiệtchính xáccủa các nhàmáy ấy, là khoảng 51%. Các động cơ xehơi ngày nay có hiệu suất 20%hoặc thấp hơn,so với giới hạn Carnotcủachúng là 27%.Vì giới hạn hiệu suất ấy dựa trênhiệu nhiệt độ giữa nguồnnóngvà bất cứ cáigì dùngđể làmnguội hệ thống –thường là không khíbên ngoài hoặc một nguồn cấp nước – nên rõ ràng là nguồn nóngcó nhiệt độ càngcao,thì hiệu suấtkhả dĩ càng lớn. Cho nên, chẳng hạn, Jaffe giải thích, “một lò phản ứnghạt nhân thế hệ thứ tư làm nóng hơi nước đến1200 độ Celsius sử dụng một lượngnăng lượng cho trước hiệuquả hơn nhiều so với mộtnguồn năng lượng địa nhiệt sử dụng hơi nướcở 120 độ Celsius”. Plasma Trong lòng Mặt Trời nhiệt độ lên tới hàng chục triệu độ.Ở nhiệt độ này, vật chất không tồn tại dưới ba trạng thái thường gặp là khí, lỏng và rắn mà tồn tại dưới một trạng thái đặc biệt gọi là plasma. Trong trạng thái plasma, vật chất không tồn tạt dưới dạng các nguyên tử và phân tử mà dưới dạng các ion mang điện. Trên Trái Đất, trạng thái plasma là hiếm, tuy nhiên, tới trên 99% vật chất trong Vũ trụ đang tồn tại dưới dạng plasma. . Trạng thái Plasma trên Mặt Trời Do có nhiệt độ rất cao nênplasma có thể dùng làmnguồn gây "phản ứng nhiệt hạt nhân"là phản ứng cóthể cung cấp một lượngnănglượnggần như vô tận. “Nhà máy điệnnhiệt hạt nhân"chẳng hạn, nếu hoạtđộng,cóthể cung cấp điện cho loài người dùng tronghàngtriệu nămmàchỉ cần sử dụng chưa đến 1/1000 lượng nước cótrong cácđại dương. Tuynhiên, tạo ra vàkhống chế "phản ứngnhiệt hạt nhân"làvấn đề khôngđơn giản và hiện naycác nhà bác học vẫn còn đangtrên đườngtìm tòi nghiên cứu. . Tính ra khối lượng của những hạt quark phổ biến nhất Các quark, những hạt sơ cấp cấu tạo nên proton và neutron, vốn khét tiếng là khó. độ bất định của khối lượng quark i 10 đến 20lần đến mức vài phầntrăm. Các nhà khoa học đã biết khối lượng củahạtprotonhầu như một thế kỉ nay rồi, nhưngviệc tính ra khối lượngcủa từng quarkbêntrong. sáng lập đã tính ra khối lượng, với biên sai số tương đối mỏng, của ba quark nhẹ nhất và, do đó, hay lảng tránh nhất: quark lên (up), quark xuống (down) và quark lạ (strange).Công trình của các nhà